本文对5级压气机(11.8亿自由度)和6级压气机(13.8亿自由度)进行4阶精度大涡模拟,以验证DIMAXER对复杂工程案例的计算模拟能力。
前处理-网格
网格采用非结构六面体网格,计算域包含完整的多排叶片,未考虑转子轮毂倒圆和可调静子的间隙。
壁面第一层网格高度为0.05-0.1mm,网格单元的壁面y+约为200,根据通量重构方法单元内解点的分布形式,4阶精度时,第1层网格单元内(壁面法向)第 1个解点的 y+<1,第 2个解点的y+约为50,第3个解点的y+约为150,第4个解点y+约为200,满足wall-modeled的求解要求。
主流网格尺寸约为3mm,可分辨的频率约为100000Hz。
5级压气机网格量共约1850万,网格展弦比小于500。
6级压气机网格量共约2150万,网格展弦比小于500。
计算设置
两个算例都采用总温总压入口,轴向进气,出口给定恒定的压力,壁面为绝热无滑移边界,转子给定恒定的转速。工质为理想气体。对流通量采用LF。
计算资源
在多级叶轮机械动静干涉、时序效应、失速过程的分析中,由于多排叶片产生的相干频率和涡脱落频率可能高达百万量级,DIMAXER支持CPU/GPU异步采样,可以捕获高达1亿赫兹的非定常流动信息,能够满足科研和工程的仿真需求。
对5级压气机仿真采用40张Nvidia RTX-4090D显卡,约74小时可以模拟转子旋转一周。
对6级压气机仿真采用48张Nvidia RTX-4090D显卡,约67小时可以模拟转子旋转一周。
可以看到,虽然计算的网格量增加了16%,但是由于算力增加了20%,计算时间反而减少了9%,这说明DIMAXER的计算规模随计算的网格量线性增长,算力的增加也能取得近似线性的加速比。
计算结果
下面分别给出5级和6级压气机的仿真结果,可以看到计算结果具备较高的解析度。
5级压气机内部流动大涡模拟计算结果:
6级压气机内部流动大涡模拟计算结果:
涡结构云图(Q准则,速度着色)
50%叶高熵增云图
50%叶高密度梯度云图
50%叶高马赫数云图
子午面马赫数云图